Initiation à La Conception Et Réalisation D’un Réseau De .

Initiation à la conception et réalisation d’un réseau de capteursintelligent : Maison IntelligenteM. Tabaaa, K. Alamia, A. Dandacheb, Z. Benabboua, B. Chouria, K. BousmaraaLPRI, Laboratoire Pluridisciplinaire de Recherche et Innovation, EMSI, CasablancaMarocbLGIPM, Laboratoire de Génie Industriel de Production et Maintenance, Université deLorraine, Metz Francemed.tabaa@gmail.com , abbas.dandache@univ-lorraine.frCe papier présente un travail pédagogique sous forme d’un projetcentré sur la conception et la réalisation d’un réseau de capteursintelligent sous forme d’une maison intelligente, avec pour objectifla réalisation d’une maquette didactique. Ces travaux ont étéréalisés dans le cadre de la formation GSI (Génie des SystèmesIndustriels) délocalisée au Maroc dans le cadre de la collaborationd’enseignement et de recherche entre l’université de Lorraine etl’EMSI, ainsi que la formation continue au sein de l’EMSI (EcoleMarocaine des sciences de l’Ingénieur) à Casablanca Maroc pourles filières Génie industriel, Automatisme Informatique Industrielet Réseau & Télécom.I. IntroductionLes progrès technologiques de ces dernières années ont permis d’augmenter lespossibilités de la conception des réseaux de capteurs dans plusieurs domaines à savoir : lasanté, l’agriculture, maritime, domotique. Spécialement pour ce dernier, il est possibleaujourd’hui de gérer la plupart des fonctions à partir d’un Smartphone, en intervenant surtoute la partie électronique d’une habitation : sécuriser la porte, ouvrir et fermer desvolets à distance, contrôle d'éclairage, réglages des alarmes, vues des caméras de sécurité,contrôle du chauffage, reconnaissance vocal et autres. Par définition, une maisonintelligente est un ensemble d’objets connectés entre eux et contrôlés par un système debase : microcontrôleur, FPGA ou réseau sur Puce « NoC ». Assurant diverses fonctions(éclairage, multimédia, chauffage et climatisation, volets, sécurité.). Ces nouvellesorientations permettent non seulement d’accroître les services à la personne ou le confortà domicile mais aussi de mieux gérer la consommation d’énergie et d’optimiser desressources partagées. Ce domaine promoteur permettra aux étudiants de se familiariseravec l’ensemble des détails de la conception d’un réseau de capteurs intelligent dédié à ladomotique, de gérer la partie commande, et la partie sécurité mais aussi la mise en placed’un concept de base (EMSI SMART HOUSE).L’objectif principal de ce projet reste dans un premier temps pédagogique afind’initier les étudiants des années préparatoires et mêmes de cycle d’ingénierie à laconception, réalisation et implantation d’un réseau de capteurs intelligent capable àsuperviser une maison, la commande et l’affichage de l’état de son environnement entemps réel. Nous avons utilisé un concept de réalisation simple basé sur unmicrocontrôleur ATMEL SAM3X8E ARM Cortex-M3. Les aspects fonctionnelsconcernent la commande d’un réseau de capteurs fiable et en temps réel, et les aspectsArticle publié par EDP Sciences et disponible sur le site https://www.j3ea.org ou https://doi.org/10.1051/j3ea/20171018This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0), whichpermits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

matériels consistent en la familiarisation avec la programmation des microcontrôleurs entermes d’étude et implantation, mais aussi les outils et matériels de découpage etimpression 3D disponible au niveau d’un FABLAB interne à l’EMSI Casablanca . Ceprojet a permis aux étudiants d’élargir leurs compétences en conception et réalisation,leur capacité d’implantation sur des microcontrôleurs mais aussi d’approfondir leurscompétences en ce qui concerne les outils de fabrication : découpage laser & impression3D.II. Les étapes de réalisation d’une maison intelligenteMaison intelligenteGrace au développement technologique dans plusieurs domaines tels quel’électronique, l’informatique, la physique, internet des objets et autres, la domotique apris une nouvelle orientation. Ce domaine d’application a vu le jour dans les années 80avec la vague de la miniaturisation des composants électroniques. Cette évolution dessystèmes électroniques a exigé deux stratégies nécessaires à savoir : une performanceélevée et une énergie basse.Aujourd’hui, ce concept de domotique a permis d’ajouter de l’intelligence à notre viequotidienne, d’où l’orientation vers la maison intelligente. Cette dernière consiste enl’automatisation et la centralisation des différents objets de la maison afin d’assurer lecontrôle, la surveillance, aide des personnes âgées et autres. Une maison intelligenteconsiste à placer des objets ou capteurs à l’intérieur et à l’extérieur pour constituer unebase d’informations (température interne et externe, luminosité, capteur de gaz, force duvent, ), et les centralisées vers un système d’affichage et enregistrement permettant àl’utilisateur de vérifier des différentes données.L’objectif principal de ce projet est d’initier les étudiants de l’EMSI ainsi que ceux encollaboration avec l’université de Lorraine à la conception et réalisation d’un réseau decapteurs intelligent sous forme d’une maison intelligente.Fig.1Maison intelligente : EMSI SMART HOUSESystème de commandeToute action réalisée par "EMSI SMART HOUSE" ne peut être exécutée qu’avec lapermission d'un système de commande intégré dans un petit composant électroniqueappelé "Arduino". Nous rappelons qu'il existe plusieurs types de cartes Arduino. Les plusconnues sont : la carte Uno, Due, Mega . etc. Nous avons utilisé une carte de type"Arduino due", car elle est performante, pratique, facilement programmable et donne lapossibilité de brancher plusieurs composants électroniques grâce à ses connexionsmultiples (pins).

Fig.2Vue sur le système de commandeUne fois que tous les composants électroniques sont bien connectés à la carteArduino, un programme informatique est téléchargé obligatoirement pour assurer labonne communication du système. Alors pour réaliser un programme quelconque il fautd'abord télécharger l'outil de programmation en consultant le lien suivant :www.www.arduino.cc/en/Main/Software, ensuite écrire le code en langage C ou C dela manière suivante ://déclaration des variablesvoid setup() //fonction d'initialisation de la carte{//contenu de l'initialisation}void loop() //fonction principale qui se répète à l'infini{//contenu de votre programme}Système de communicationLe système de commande déjà présenté dans la partie précédente va nous permettrede manipuler l’ensemble des objets connectés dans notre réseau de capteurs. Nous avonschoisi un nombre important de capteurs qui vont nous servir à commander efficacementnotre système. Ce système de communication assure quatre fonctionnalités à savoir :- la fonction d’affichage qui donne la date, l’heure, la température indoor etOutdoor mais aussi d’autres informations,- la fonction d’ouverture et fermeture, qui permet d’ouvrir la porte d'entrée avec uncode tapé sur le clavier matriciel. Une fois ouverte, la porte se refermeautomatiquement après cinq secondes, cette fonction pouvant également fairemonter ou descendre le rideau à l'aide d'un bouton poussoir,- la fonction de la sécurité qui assure dans un premier temps l’activation et ladésactivation de l’alarme à clavier matriciel. Ainsi deux scénarios ont été

-proposés pour lesquels l'alarme est déclenchée automatiquement : le premier c’estau moment d’une détection d’une infiltration d'un voleur, la deuxième est lors dela détection d’une fuite de gaz où les rideaux s'ouvrent automatiquement pourdégager le gaz,la fonction d’éclairage automatique d'un endroit de la maison(salon/cuisine/chambre à coucher/ toilette salle de bain). Pour ceux-ci nousavons prévu deux scénarios pour allumer ou éteindre les lumières à l'aide desboutons poussoirs à savoir : allumer automatiquement les lampes de l'extérieurpour éclairer la maison quand il fait sombres et inversement.Fig.3Schéma électriqueDecoupage et impression 3DNous avons commencé par dessiner la structure principale de la maquette, c’est-à-direles murs et le sol. Pour ce faire, nous avons utilisé le logiciel Inkscape qui permet deconstruire le plan d’un cube ou d’un rectangle dans le but d’être découpé dans unmatériel adéquat. Ensuite il faut enregistrer le travail en format DXF pour pouvoir être lupar la découpeuse après avoir converti le fichier DXF en fichier RD grâce au logiciel RDWORKS. Ci-dessous, le plan de la maquette qui a été conçue en utilisant comme matérielun panneau contreplaqué avec une épaisseur de 3,2mm et découpé au laser.Fig.4Plan de la maquette

Fig.5Éléments imprimés en 3DIII. ImplantationCe projet s’est déroulé en trois parties, ce qui assure aux étudiants une maitrise totalede chaque étape de conception et réalisation d’un réseau de capteurs sous forme d’unemaison intelligente : la première étape consiste à comprendre les principes d’un élément capteur etd’un système réseau de capteurs ainsi que les problèmes de réalisation liés à unchamp d’application domotique. Nous avons utilisé dans ce cadre un conceptbasique de maison commandée par un simple utilisateur. Ce qui donne auxétudiants l’opportunité de se focaliser sur l’impact du choix des composants dansles différentes étapes de conception, la deuxième étape vise plus particulièrement la programmation d’unmicrocontrôleur et l’impact des composants « Capteurs » utilisés sur l’ensembledu système communicant afin d’extraire la majorité d’informations liée à lamaison et son environnement. Ceci donne à l’étudiant la possibilité de fairecommuniquer un capteur mais aussi la possibilité de le commander dans unenvironnement de réseau de capteurs, la troisième étape porte sur une l’étude du concept maison réel, qui commence parun dessin 3D suivi par deux outils de fabrication le découpage en laser du croquerde base et l’impression 3D des éléments de la maison.Fig.6Maquette Maison intelligente